理论教育 芳纶的热稳定性及特性简介

芳纶的热稳定性及特性简介

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:芳纶的热稳定性。芳纶有良好的热稳定性,耐火而不熔,在180℃下仍能很好地保持其性能,当温度达487℃时尚不熔化,但开始碳化。由于芳纶不熔融也不助燃,短时间内暴露在300℃以上高温环境,对于强度几乎没有影响。除强酸与强碱以外,芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。芳纶对紫外线是比较敏感的,若长期裸露在阳光下,其强度损失很大,因此,应加能阻挡紫外光的保护层。

芳纶的热稳定性及特性简介

芳纶即芳香族聚酰胺类纤维,在国外商品牌号为凯芙拉(Kevlar)纤维。

1.2.6.1 芳纶特点

(1)高模量。纤维的苯环结构使它的分子链难于旋转。高聚物分子不能折叠,又呈伸展状态,形成棒状结构,从而使纤维具有很高的模量。

(2)高强度。聚合物的线性结构使分子间排列得十分紧密,在单位体积内可容纳很多聚合物分子,这种高的密实性使纤维具有较高的强度。

(3)耐高温。苯环结构由于环内电子的共轭作用,使纤维具有化学稳定性。又由于苯环结构的刚性,使高聚物具有晶体的本质,使纤维具有高温尺寸稳定性,不发生高温分解。

1.2.6.2 芳纶性能

(1)芳纶的力学性能。在有机纤维中,芳纶的力学性能是极其优异的,即使与无机纤维相比较,其强度也不逊色。

弹性模量高:Kevlar-49纤维拉伸模量为125GP,比有机纤维高得多,约为玻璃纤维的2倍,比碳纤维低。

②强度高:Kevlar-49纤维的拉伸强度为3620MPa,与S-琉璃纤维、碳纤维-Ⅱ强度相当。分子链堆积密度大,单位面积的分子链数目多。

应力—应变曲线是一条直线:属于脆性断裂,断裂延伸率为2.5%,高于CF,低于GF。

④密度小:Kevlar-49的密度为1.45g/cm3,低于GF、CF,导致比强度较高。

⑤良好的韧性:分子主链上苯环间仍有柔顺的链节,微纤呈周期性弯曲,分子间氢键连接,使纤维具有一定的韧性。(www.daowen.com)

各向异性:由于轴向是伸直的分子链,以化学键相连;横向分子链间仅以氢键联结,使纤维具有各向异性特点,其横向强度及模量远低于纵向强度及模量。

⑦抗压性能、抗扭性能较低:这是芳纶的致命弱点。抗压、抗扭性能差是因为分子间次价键连接、分子链呈弯曲状,受压缩、扭转时易纵向分层。

⑧强度分散性大:纤维中及纤维表面仍存在有空隙等缺陷,它也像其他脆性纤维一样,强度分散性大。

纺织性能好:因韧性大,纺织后纤维的强度保持率在90%以上。但扭转对强度的影响较其他纤维大,纱的捻度越大,强度损失越大。

⑩抗蠕变性好、抗疲劳性好。

(2)芳纶的热稳定性。苯环结构由于环内电子的共轭作用,使纤维具有化学稳定性,不发生高温分解。又由于苯环结构的刚性,使高聚物具有晶体的本质,使纤维具有高温尺寸稳定性。芳纶有良好的热稳定性,耐火而不熔,在180℃下仍能很好地保持其性能,当温度达487℃时尚不熔化,但开始碳化。

由于芳纶不熔融也不助燃,短时间内暴露在300℃以上高温环境,对于强度几乎没有影响。在-170℃的低温下也不会变脆,仍能保持其性能。

(3)芳纶的化学性能。除强酸与强碱以外,芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。芳纶对紫外线是比较敏感的,若长期裸露在阳光下,其强度损失很大,因此,应加能阻挡紫外光的保护层。在饱和湿度下,Kevlar-49能从大气中吸收6%的水分,饱和吸湿率大。吸湿后,由于水分子侵入纤维会破坏氢键,使纤维强度降低,复合材料压缩性能和弯曲性能降低。

(4)其他性能。芳纶与树脂的界面黏结性不好,甚至比CF差。

Kevlar纤维表面缺少化学活性基团,用等离子体空气或氯气处理纤维表面,可使Kevlar纤维表面形成一些含氧或含氮的官能团,提高表面活性及表面能,显著地改善对树脂的浸润性和反应性,增加界面黏结强度。

芳纶的介电性能比GF好,可作雷达罩透波材料。Kevlar-49纤维适合与碳纤维混合使用,制备混杂复合材料。

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